在电动汽车上应用的磁阻式同步电机的设计

电动汽车的普及对未来的节能减排有着至关重要的作用，而电动机是电动汽车的关键技术之一，电机的性能好坏直接影响着电动汽车的整体经济性和动力性。现在大部分电动汽车使用永磁同步电机，但是永磁体中的稀土资源紧缺，导致成本大幅度增加。本文致力于开发一种不含稀土的同步电机，并进一步改善电机的性能：增加功率密度，提高效率等。

对磁阻式同步电机的设计与开发，采用模块化方法，主要分为以下四部分：定子绕组设计、电磁和机械设计、电力电子硬件设计、集成散热设计。针对定子绕组设计，为了选择磁阻式同步电机的最佳绕组拓扑结构，分析了三种不同的电线解决方案：具有矩形横截面的“实心”线；直径约1mm的“圆”线；直径约0.15mm的“细线束”，根据其效率和制造复杂度等标准进行了评估，确定使用并联两条实心线来设计定子绕组。在电磁和机械设计中，为了最大化功率密度和电机效率，将无稀土的低成本永磁体插入到磁阻式同步电机的转子磁通屏障中，保证了在弱磁区域中提供足够的扭矩并增加了整体功率因数。将高度集成化的逆变器与电子电力器件进行了很好的结合，同时为了热交换最大化，找到最佳的驱动布局（电机-逆变器位置）和外壳形状（散热片分布和尺寸），进行三维CFD模拟，对不同的布局和几何形状进行了数值模拟和测试。

通过测试，设计的磁阻式同步电机功率超过设计目标的17%，在3,700rpm时最大扭矩为133N·m，最大功率为49.7kW，峰值效率高于96%等良好的性能。磁阻式同步电机的开发很大程度上会推动电动汽车的普及与电动化。